PLC چیست ؟

یک کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یا کنترل‌کننده قابل برنامه‌ریزی، یک کامپیوتر صنعتی است که برای کنترل فرآیندهای تولید، مانند خطوط مونتاژ، ماشین‌ها، دستگاه‌های روباتیک یا هر فعالیتی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا، سهولت برنامه‌نویسی و نیاز دارد، ناهموار و سازگار شده است. تشخیص خطای فرآیند دیک مورلی به عنوان پدر PLC در نظر گرفته می شود.

PLC ها می توانند از دستگاه های ماژولار کوچک با ده ها ورودی و خروجی (I/O)، در یک محفظه یکپارچه با پردازنده، تا دستگاه های مدولار بزرگ رک با هزاران ورودی/خروجی، که اغلب به سایر PLC ها و PLC های شبکه هستند، متغیر باشد.

آنها می توانند برای بسیاری از ترتیبات ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ، دامنه دمایی طولانی، مصونیت در برابر نویز الکتریکی و مقاومت در برابر لرزش و ضربه طراحی شوند. برنامه های کنترل عملکرد ماشین معمولاً در حافظه باطری یا غیر فرار ذخیره می شوند.PLC ها برای اولین بار در صنعت خودروسازی برای ارائه کنترلرهای انعطاف پذیر، ناهموار و به راحتی قابل برنامه ریزی برای جایگزینی سیستم های منطقی رله سیمی سخت ساخته شدند.

از آن زمان، آنها به طور گسترده ای به عنوان کنترل کننده های اتوماسیون با قابلیت اطمینان بالا مناسب برای محیط های خشن مورد استفاده قرار گرفتند.PLC نمونه ای از یک سیستم بلادرنگ سخت است زیرا نتایج خروجی باید در پاسخ به شرایط ورودی در مدت زمان محدود تولید شوند، در غیر این صورت عملیات ناخواسته منتج خواهد شد.

رایج ترین کاربردهای PLC :

• خطوط مونتاژ
• دستگاه های رباتیک-بر پایه یادگیری ماشین
• هر عملکردی که به کنترل با قابلیت اطمینان بالا یا تشخیص خطای فرآیند نیاز دارد.

مقایسه میکروکنترلر و PLC (با در نظر گرفتن یک سناریوی عملی)

در حالی که ممکن است برخی از برنامه ها وجود داشته باشند که در آنها یک میکروکنترلر بتواند کار مشابهی را به جای یک PLC انجام دهد، کاربران باید هر سناریو را برای تعیین بهترین سیستم در نظر بگیرند.

برای بهتر نشان داده این مقایسه، اجازه دهید از یک کاربرد صنعتی رایج برای نشان دادن موضوع استفاده کنیم. به عنوان مثال، یک کاربر را در نظر بگیرید که قصد انجام یک کار خودکار کوچک را دارد.

این کاربر می خواهد از چند سنسور و یک محرک برای فعال کردن خروجی استفاده کند. او همچنین به یک عملکرد گزارش‌دهی برای صحبت کردن با یک سیستم کنترلی بزرگتر نیاز دارد. آنچه مورد نیاز است یک برنامه عملیاتی اساسی است.

یک PLC کوچک در این مورد به خوبی کار خواهد کرد. با این حال، آیا این هوشمندانه ترین و مقرون به صرفه ترین تصمیم است؟ در این حالت در مورد استفاده از یک میکروکنترلر منبع باز و در سطح برد چه نظری میتوان داد؟

اگر در یک دوراهی مشابه هستید، در اینجا چند عامل وجود دارد که باید در نظر بگیرید:

سازگاری I/O

هنگامی که تعداد ورودی و خروجی مورد نیاز خود را دانستید، بررسی کنید که آیا میکروکنترلر مورد نظر دارای تعداد I/O مورد نیاز شما هست یا خیر؟

به خاطر داشته باشید که نوع I/O مهم است. ممکن است بتوانید یک میکروکنترلر با تعداد مناسب I/O مجزا و آنالوگ پیدا کنید، اما ممکن است نوع مناسبی برای برنامه و کاربرد شما نباشد.

البته در برخی موارد، می توانید آنها را مطابق با نیازهای خود تبدیل کنید.

به عنوان مثال یک حلقه جریان 20-4 میلی آمپر را در نظر بگیرید. یک کاربر ممکن است بتواند آن را به یک حلقه ولتاژ 5-0 ولت تبدیل کند. با این حال، اگر PLC انتخابی دارای نوع I/O خاص تری باشد، مانند خروجی آنالوگ با مدولاسیون عرض پالس (PWM)، برای تبدیل آن به هر چیزی تحت فشار سخت تری قرار خواهید گرفت، اگرچه می توانید یک مبدل سیگنال برای تسهیل این فرآیند خریداری کنید.

و اینجا جایی است که یک PLC می تواند بدرخشد.

اغلب PLCها برای کار با سنسورهای صنعتی طراحی شده‌اند، اکثر آنها طیف وسیع تری از انتخاب های I/O را ارائه می دهند که همین امر موجب میشود تا نیاز به مبدلهای خارجی کاهش پیدا کند. علاوه بر این، بیشتر PLC ها مابین کانالهای I/O خود ایزولاسیون مناسبی دارند که می تواند به محافظت از دستگاه ها و مدارهای آنها کمک کند.

نصب و پیاده سازی اتصالات

اکثر میکروکنترلرها مانند یک برد ساده با پین هایی برای اتصال به نظر می رسند. این می‌تواند نصب و محفظه را دشوارتر کند، زیرا کاربر اگر می‌خواهد یک دستگاه خارجی را وصل کند، باید برق خود را تامین کند و پایانه‌هایی بسازد. در اصل در این حالت نیاز به طراحی بردهای مدار چاپی (PCB) برای مدارهای جانبی میکروکنترلر شامل تغذیه، ارتباطات است؛ این در حالی است که PLC تنها نیاز به یک تابلو دارد و به سادگی میتوان با سیم بندی مشخص، اتصالات آن در تابلو PLC انجام داد و یا آن را تغییر داد. در حالیکه در بردهای میکروکنترلرها، برد و طراحی آن باید تغییر پیدا کنند.

سیستم عامل و واچ‌داگ (WatchDogs)

ممکن است یک میکروکنترلر ارزان‌تر باشد، اما کاربران دقیقا همان چیزی را که برای آن پرداخت می‌کنند دریافت می‌کنند. در میکروکنترلرها کاربر مسئول برنامه نویسی همه چیز (البته به جز ساده ترین قابلیت ها) خواهد بود.

در بیشتر موارد، این خوب است؛ زیرا اکثر میکروکنترلرها در محیط های برنامه نویسی رایج مانند لینوکس و C کار می کنند.

یک PLC نیز همچنین به نوشتن برنامه ساده نیاز دارد، اگرچه چیزهای بیشتری در داخل وجود دارد که نه برنامه نویس و نه کاربر آن را نمی بینند. برنامه‌های نگهدارنده و WatchDogها (ناظرها) به نظارت بر سیستم‌ها و تجهیزات برای اطمینان از حفاظت و یکپارچگی داده‌ها کمک می‌کنند.

برای مثال حلقه for/next را در یک PLC در نظر بگیرید. اگر مشکلی در آن وجود داشته باشد و برنامه گیر کند، می تواند عملکرد را مختل کند و یک نگرانی ایمنی ایجاد کند.

ناظر نرم افزار (WatchDog) شروع به کار کرده و شروع به زمان بندی هر اسکن برنامه می کند. اگر یک اسکن در زمان تعیین شده تمام نشود، یک هشدار صادر میکند. این باعث میشود تا PLC به مود خطای عملکرد برود و در حالت ایمن قرار بگیرد در حالی که به کاربر نیز اطلاع می دهد.

در عین حال، ناظران یا WatchDogهای سخت افزاری وجود دارند که دستگاه هایی را که به PLC متصل می شوند نظارت می کنند. هنگامی که PLC با ماژول های ورودی/خروجی یا دستگاه های خارجی خود (مانند سوئیچ ها، حسگرها یا محرک ها) ارتباط برقرار میکند، WatchDog هر اسکن را هنگام انجام آن شمارش میکند.

اگر تعداد اسکن‌ها شروع به تأخیر و کندی کند، نشان دهنده وجود مشکل در PLC است. در بیشتر موارد، این حالت سیستم را به حالت ایمن (Safe Mode) می برد و به کاربر نیز هشدار می دهد.

آیا می توانید این قابلیت را در یک میکروکنترلر نیز داشته باشیم؟ پاسخ کوتاه “بله” است اگرچه آسان نیست.

کاربران باید این برنامه‌ها را از ابتدا بنویسند یا از ماژول‌های نرم‌افزاری موجود دوباره استفاده کنند، که هیچ‌یک از این دو مرحله ساده نیست. از آنجا، کاربر همچنین باید نرم افزار برنامه مورد نظر را آزمایش و تأیید کند، که این نیز پر زحمت است.

عملکرد در شرایط خاص صنعتی

اما عملکرد این دو کنترلر در شرایط خاص صنعتی چطور است؟ آیا PLCها بهتر از میکروکنترلرها می توانند شرایط ناپایدار را تحمل کنند؟ در اینجا چند پارامتر برای مقایسه و بررسی وجود دارد:

شوک و لرزش

یک PLC قادر به مقاومت در برابر مقادیر شدید شوک و لرزش معمول در محیط های انبار و واحدهای صنعتی و کارخانجات است. یک میکروکنترلر نیز ممکن است در این شرایط کار کند، اگرچه نیاز به ملاحظات نصب و اتصال ویژه ای دارد که برای مقابله با این وضعیت طراحی شده است.

خوردگی

در برخی از محیط‌ها، تجهیزات در اطراف بخارها و دودهایی هستند که می‌توانند سیم‌کشی و سایر اجزا را دچار خوردگی کنند.

اکثر PLC ها شامل پوشش هایی هستند در این شرایط به کمک آن می‌آید. سیم بندی و اتصالات آنها نیز شامل مواد مقاوم در برابر خوردگی است.

نویز

تقریباً در هر محیط صنعتی، سیستم هایی را خواهید یافت که نویز الکترونیکی همراه با میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند. آیا تجهیزات موجود می توانند آن را تحمل کنند؟
اگر تداخل به اندازه کافی قابل توجه باشد، یک میکروکنترلر ارزان می تواند به سادگی به حالت خطا برود یا برنامه خود را از دست بدهد.

اما یک PLC از سطح حفاظت بهتری برخوردار است. پی ال سی ها می توانند نویز الکترونیکی استاندارد را بدون مشکل تحمل کنند.

سطوح دما

اکثر میکروکنترلرها در یک محیط خوش آب و هوا! و با دمای کنترل شده بهترین عملکرد را دارند، اگرچه برخی از میکروکنترلرها می توانند در محدوده های پایین تر یا بالاتر نیز مقاومت خوبی از خود نشان دهند.

با این حال، تا زمانی که اجزای مناسب سیستم انتخاب شود، کاربران می توانند بدون نگرانی یک PLC را در یک محفظه بیرونی نصب کنند که در معرض دمای شدید قرار دارد.

استانداردهای صنعتی برای آزمایش

مطمئن نیستید که چگونه برای هر یک از ویژگی های بالا کنترلر خود را تست کنید؟
کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) و آزمایشگاه‌های بیمه‌گر (UL) به همین منظور استانداردهایی را ارائه می‌کنند. هر سیستم PLC شامل مستنداتی خواهد بود که تست های تکمیل شده و روش مورد استفاده را فهرست می کند.

اکثر میکروکنترلرها معمولاً تحت چنین آزمایش گسترده ای قرار نمی گیرند و همین موضوع می تواند شناخت قابلیت های آنها را دشوارتر کند.

جمع بندی نهایی

بسته به سناریوی مورد استفاده، بودجه و انتظارات از برنامه عملکردی، ممکن است بتوانید از میکروکنترلر یا PLC استفاده کنید.به یاد داشته باشید که در حالی که میکروکنترلرها باعث صرفه جویی در هزینه ها می شوند، ماهیتاً محدودتر از PLC ها هستند. این بدان معناست که اگر به دنبال سیستمی برای ورود به یک شبکه صنعتی بزرگتر هستید، ممکن است میکروکنترلر این کار را به خوبی نتواند انجام دهد. با این حال، می تواند برای پروژه های کوچکتر و سایر ابزارهای آموزشی که چندان پیچیده نیستند عالی باشد.